本學(xué)位論文基于大洋環(huán)流模式MOM4，在中等分辨率和渦相容分辨率下對全球正壓潮波進(jìn)行了模擬研究。通過完善全球潮模擬的物理過程，針對模式模擬能量偏大的問題進(jìn)行了改善，最終建立了一個水平分辨率為1/4°的全球潮波模型，合理地模擬了純動力學(xué)全球潮波，最后對全球斜壓潮模擬進(jìn)行了初步探索。 對于Z坐標(biāo)海洋模式，底層水深部分網(wǎng)格（Partial cells）的設(shè)計可以較為精確的構(gòu)造模式地形，相比全網(wǎng)格（Full cells），Partial cells所模擬的潮波結(jié)構(gòu)更加合理；數(shù)值實驗表明全球潮的模擬對于模式的垂向分層不敏感，簡化垂向分層可以提高數(shù)值實驗效率；本文數(shù)值實驗結(jié)果表明全球潮波的模擬對于模式地形數(shù)據(jù)非常敏感，若采用Blackman徑向濾波器對原始地形數(shù)據(jù)濾波，當(dāng)濾波半徑為模式網(wǎng)格間距的兩倍時模擬效果較好，最優(yōu)的原始結(jié)果與TPXO7.2相比均方根偏差為12.3cm，對Etopo系列的三套水深數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)Etopo2與Etopo5水深數(shù)據(jù)存在18.7%的相對偏差，而Etopo2與Etopo1的相對偏差僅為5.5%，其中18.7%的水深相對偏差導(dǎo)致了全球M2分潮模擬結(jié)果4.6cm的偏差；統(tǒng)計分析表明，全球潮波的模擬對于模式水平分辨率較敏感，在中等分辨率下，水平分辨率1/2°的模式優(yōu)于1°模式的模擬結(jié)果，而渦相容分辨率下的全球潮波的模擬精度明顯優(yōu)于中等分辨率下的模擬結(jié)果；中等分辨率下全球潮的模擬受所選時間步長的影響較大，數(shù)值實驗表明中等分辨率下模式時間步長不應(yīng)超過600s；渦相容分辨率模式加入8個分潮的引潮勢，所模擬的全球M2、S2、K1、O1結(jié)果與TPXO7.2相比，能夠較好地模擬出其大部分特征，但振幅普遍偏大，模擬的全球M2分潮的能量通量能反映TPXO7.2的大部分特征，但模擬的強度偏大；針對模式能量偏大，本文通過引入內(nèi)波耗散項改善了模擬結(jié)果，經(jīng)過實驗確定了最優(yōu)的κ取值為7.0e-4，加入內(nèi)潮耗散項后模式所模擬的全球M2分潮的振幅偏差得到了顯著的改善，所模擬的最優(yōu)結(jié)果為均方差6.2cm，給出了兩種方案下全球M2分潮潮能耗散分布，發(fā)現(xiàn)引入內(nèi)波耗散項所模擬的潮能耗散分布特征明顯與觀測特征更接近。基于水平均一的初始溫鹽場進(jìn)行了內(nèi)潮模擬試驗，診斷計算了steric SSH，結(jié)果顯示低模態(tài)的內(nèi)潮在‘熱點’區(qū)域內(nèi)（如夏威夷附件海域）的產(chǎn)生及其輻射傳播的特征。
【學(xué)位單位】：國家海洋局第一海洋研究所
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2013
【中圖分類】：P731.2
【部分圖文】：

基于 MOM4 的全球潮波模擬研究模式進(jìn)行了評估，認(rèn)為基于 T/P 衛(wèi)星高度計的經(jīng)驗?zāi)Ｊ剑℅OT）和同化模式（TPXNAO99, FES2002/2004）之間的準(zhǔn)確度差別不大。目前基于衛(wèi)星高度計的大洋潮汐模式的總體準(zhǔn)確度達(dá)到了 95％左右�；谛l(wèi)星高度計的同化模式與深海大洋驗潮站對比的誤差達(dá)到了 2.5-3.0cm(Andersen 等，1995；Le Provost 等，1995；Shum 等 , 1997) 。至此，全球大洋潮波系統(tǒng)得到了比較精準(zhǔn)的整體圖像。

U 是垂向積分的速度矢量，D 是海表面高度，k為垂向單位矢量，水平壓強梯度項的第二部分就代表了公式(2.1) 和(2.2) 所表達(dá)的引潮力。α 為自吸負(fù)荷潮的參量，設(shè)為 0.948，β ~0.7(Love 數(shù))為固體潮修正項(Marchuk 和 Kagan, 1989)。傳統(tǒng)底摩擦方案下tides 0dτ = ρc uu （Cd~0.0025），平衡潮各分潮的頻率、振幅及Love 數(shù)見表 3表 3 MOM4 中平衡潮各分潮的頻率、振幅及 Love 數(shù)分潮 頻率ω （1/day） 振幅α （m） Love 數(shù)1K0.7292117 0.141565 0.736O0.6759774 0.100661 0.695

2.3 關(guān)于 Partial cells在 MOM4 之前，Z 坐標(biāo)海洋模式在底層的厚度是相同的，在這種情況下如果不加密垂向分層，一些比較緩和的地形坡度則無法解析，這也很大程度上限制了 Z 坐標(biāo)模式模擬受地形影響顯著的物理過程（如地形導(dǎo)致的對流和波動）的能力。Adcroft 等人(1997)及 Pacanowski 和 Gnanadesikan (1998)通過構(gòu)造更真實的模式底邊界較好地克服了這個問題。MOM4 中在同一垂向分層內(nèi)的格點不需要相同的水深，Partial cells 允許最底層的網(wǎng)格以‘Partial cells’的形式存在。Full cells 下若要較好的解析地形必須垂向加密，則加大了計算量，而 Partial cells 的應(yīng)用可以在較粗糙的垂向網(wǎng)格下較好的解析地形，粗糙的垂向分辨率對正壓潮波的模擬影響后面也會討論到。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 汪一航;方國洪;魏澤勛;王永剛;王新怡;;基于衛(wèi)星高度計的全球大洋潮汐模式的準(zhǔn)確度評估[J];地球科學(xué)進(jìn)展;2010年04期

2 李明悝;侯一筠;喬方利;;潮致垂直渦動粘性系數(shù)的參數(shù)化[J];自然科學(xué)進(jìn)展;2006年01期

本文編號：2848433